熔模鑄件常見麻點(diǎn)缺陷分析

深圳市盈迅精密機(jī)械有限責(zé)任公司 （廣東 518055） 潘玉洪

麻點(diǎn)也有稱為麻斑、麻坑、氧化麻點(diǎn)等，是不銹鋼熔模鑄件常見的表面缺陷之一。

一般來說，這種缺陷不能修復(fù)只能報(bào)廢。不僅提高了生產(chǎn)成本，而且影響了正常的生產(chǎn)進(jìn)度和交貨。因此，如何減少、消除鑄件麻點(diǎn)缺陷，是熔模鑄造工作者的主要任務(wù)之一。

1.麻點(diǎn)的特征

麻點(diǎn)通常出現(xiàn)在含wCr＜20%、wNi＜10%的不銹鋼鑄件上。在鑄件表面上有許多灰黑色的圓形淺凹坑，直徑0.3～1.0mm，深0.3～0.5mm。

據(jù)相關(guān)資料介紹，鑄件未清理前，凹坑中充填著熔渣物質(zhì)。經(jīng)巖相分析表明，在缺陷處的熔渣物質(zhì)中有硅酸鐵、硅酸錳及硅酸鉻等存在。電子衍射結(jié)果表明，黑色麻點(diǎn)是由磁鐵礦（Fe3O4）及鐵鉻尖晶石（FeO·Cr2O3）組成。光譜分析結(jié)果，在缺陷處化學(xué)成分中硅含量增加，而含錳量極少。

麻點(diǎn)缺陷常出現(xiàn)在鑄件的局部厚斷面、拐角及內(nèi)孔部位，甚至是鑄件的整個(gè)表面上。鑄件經(jīng)過拋丸、噴砂清理后，鑄件表面會(huì)有灰黑色的麻點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 鑄件上的麻點(diǎn)

2.產(chǎn)生原因

從上述巖相、電子衍射和光譜分析中可以看出，麻點(diǎn)主要是由于金屬氧化物與型殼材料中的氧化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)造成的，尤其是型殼面層耐火材料選用不當(dāng)，不符合質(zhì)量要求，或管理不善等原因，澆注后更容易在成批鑄件的表面上產(chǎn)生不同程度的麻點(diǎn)缺陷。

麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的主要原因如下：

（1）金屬液中的氧化物過多 ①爐料中的氧化物過多。使用感應(yīng)爐熔煉時(shí)，爐料銹蝕嚴(yán)重，或使用回爐料的比例較大，回用的次數(shù)較多，均會(huì)增加金屬液中的氧化物。②金屬液脫氧不充分。脫氧劑的選擇要達(dá)到既能使金屬液充分脫氧，又能使脫氧后形成的氧化物熔點(diǎn)低，易于聚集和上浮的目的。脫氧劑的加入量少，會(huì)影響脫氧效果，使金屬液中殘留過多的氧化物。③熔煉工藝不當(dāng)或操作不當(dāng)，金屬液中的氧化物沒有去除干凈等；爐料熔化過程中，金屬液表面裸露的時(shí)間長(zhǎng)，使合金元素的氧化機(jī)會(huì)增多。預(yù)脫氧后，停電靜置時(shí)間短，金屬液中的氧化物沒有及時(shí)、完全上??；終脫氧不充分，澆注過程中產(chǎn)生二次氧化等。

（2）型殼面層材料中的氧化物過多 據(jù)相關(guān)資料介紹，由于鋯砂具有導(dǎo)熱性好，蓄熱能力大，耐火度高等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)不銹鋼熔模鑄件時(shí)，采用鋯砂作為型殼面層耐火材料。純ZrSiO4的耐火度為2000℃以上，但是隨著雜質(zhì)含量的增加，耐火度相應(yīng)下降。當(dāng)鋯砂中含有Ca、Mg氧化物雜質(zhì)時(shí)分解溫度會(huì)下降到1300℃左右，當(dāng)含有K、Na氧化物時(shí)，其分解溫度會(huì)下降到900℃左右。鋯砂是ZrO2·SiO2二元系中唯一的化合物，其分解時(shí)析出的無定形的SiO2具有很高的活性，能與金屬中的Cr、Ni、Ti、Mn、Al等合金元素在高溫下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，致使鑄件的表面產(chǎn)生麻點(diǎn)。

如某熔模鑄造廠生產(chǎn)不銹鋼鑄件，原來型殼面層材料選用石英砂/粉，嚴(yán)重時(shí)鑄件的麻點(diǎn)缺陷約占80%。后來更換鋯砂/粉（沒有進(jìn)行來料檢驗(yàn)）和硅酸乙酯水解液作為粘結(jié)劑時(shí)，鑄件的麻點(diǎn)缺陷有所降低，但仍然在50%左右。當(dāng)采取來料檢驗(yàn)，控制鋯砂/粉中的氧化物后，鑄件的麻點(diǎn)缺陷不僅數(shù)量大幅較少，而且麻點(diǎn)缺陷的程度也明顯減輕。

（3）與型殼焙燒質(zhì)量有關(guān) 型殼充分焙燒可去除型殼中的水分、殘留蠟料、皂化物、有機(jī)物和揮發(fā)物，以及型殼中殘留的氯化銨硬化液和鈉鹽等。如果型殼中殘留這些物質(zhì)（見圖2），就會(huì)在澆注時(shí)使金屬液產(chǎn)生二次氧化，生成大量的氣體或新的氧化物，這些氧化物與型殼中的氧化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，易在鑄件的表面上生成麻點(diǎn)缺陷。

（4）與粘結(jié)劑有關(guān) 目前，熔模鑄造生產(chǎn)中廣泛使用的水玻璃、硅溶膠和硅酸乙酯水解液都屬于酸性粘結(jié)劑，其共同特點(diǎn)是能生成酸性氧化物SiO2（即硅酸溶膠）。這種粘結(jié)劑適用于澆注碳素鋼、銅和鋁合金鑄件，如果澆注鈦、鉻合金鋼鑄件時(shí)，就容易在鑄件的表面上形成麻點(diǎn)缺陷。

3.防止措施

（1）減少金屬液中的氧化物，提高金屬液的質(zhì)量。

第一，選用干燥、潔凈的爐料，控制回爐料反復(fù)使用的次數(shù)或用量，避免爐料中的氧化物增多。

第二，采取完全脫氧，先加錳鐵后，加硅鐵脫氧，再加硅鈣脫氧，然后停電靜置2min，再加鋁終脫氧，出爐、澆注。也可以只選用鋁終脫氧，再補(bǔ)充脫氧。即生產(chǎn)中終脫氧采用二次加入法，第一次爐內(nèi)終脫氧，加入量為0.10%～0.12%（鋁的加入量與爐料的銹蝕有關(guān)，爐料銹蝕嚴(yán)重時(shí)，加入量取上限；反之取下限）。第二次在澆包中加入補(bǔ)充脫氧，用鋁0.02%～0.05%為宜。

第三，制訂合理的熔煉工藝和澆注工藝，并嚴(yán)格執(zhí)行，如出鋼前的鎮(zhèn)靜時(shí)間要能夠使氧化物充分上浮，扒渣要凈，及時(shí)清除已產(chǎn)生的氧化物；在澆包中加入草木灰，必要時(shí)采用真空澆注，防止金屬液的二次氧化等。

有資料指出，采取在型殼填砂材料中加入木炭粉，把石墨、瀝青等碳質(zhì)材料加入制殼材料中，澆注前在型殼中加入四氯化碳，澆注后立即將型殼置于還原氣氛中，如加木屑或廢蠟再蓋箱密封冷卻，以及降低熔煉溫度等措施，均可減少麻點(diǎn)缺陷。筆者認(rèn)為選用這些措施時(shí)，既要充分考慮其在批量生產(chǎn)中的可行性、合理性，又要考慮其對(duì)作業(yè)環(huán)境的污染，以及對(duì)操作者身體健康的影響等因素。

（2）合理選用型殼材料，并確保其質(zhì)量。

第一，選用型殼材料，如鋯石英砂/粉的質(zhì)量必須滿足工藝要求，尤其是面層耐火材料中含有的氧化物必須在工藝范圍內(nèi)，尤其是氧化鐵的含量不能超標(biāo)，過高的Fe2O3含量將加劇麻點(diǎn)的產(chǎn)生。

第二，對(duì)進(jìn)廠的原材料要進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)廠、入庫(kù)。對(duì)庫(kù)存的原材料要定期復(fù)驗(yàn)，不合格的面層材料不能使用。

（3）選擇合理的型殼焙燒工藝，并嚴(yán)格執(zhí)行。

焙燒型殼的目的是從型殼中除去揮發(fā)性物質(zhì)（如殘留的水分、鹽分、模料等），進(jìn)一步提高型殼質(zhì)量。生產(chǎn)中常采用的型殼焙燒工藝：溫度850～900℃，時(shí)間2～4h（時(shí)間與裝爐量有關(guān)）。

型殼焙燒質(zhì)量的好壞可以從型殼外觀的顏色判斷。如果型殼呈深灰色，則說明型殼中有較多的碳分，型殼焙燒不充分；如果型殼內(nèi)表面或斷面呈白色、粉白色或粉紅色，則說明焙燒質(zhì)量好。

焙澆過的型殼應(yīng)及時(shí)進(jìn)行澆注。如果存放時(shí)間過長(zhǎng)，在澆注前應(yīng)再次進(jìn)行烘焙（不是焙燒）。型殼不能多次焙燒，每焙燒一次，就會(huì)增加或加大型殼上的裂紋。

（4）使用中性或堿性粘結(jié)劑。

不銹鋼熔模鑄件產(chǎn)生麻點(diǎn)的主要原因：首先是金屬液和型殼面層耐火材料中含有較多的氧化物，其次是型殼焙燒不良，再次是粘結(jié)劑的種類。

當(dāng)采用前三項(xiàng)措施仍然效果不理想時(shí)，才可以考慮采用中性或堿性粘結(jié)劑。中性粘結(jié)劑有鋁、鉻、鋯等金屬鹽類，如硝酸鋁、堿式氯化鋁、堿式硝酸鉻等。堿性粘結(jié)劑主要是鎂、鈣等金屬鹽類。

4.結(jié)語(yǔ)

（1） 麻點(diǎn)是不銹鋼熔模鑄件常見的表面缺陷之一。

（2）減少或預(yù)防麻點(diǎn)缺陷首先從提高金屬液質(zhì)量，以及確保型殼面層耐火材料的質(zhì)量入手；其次是保證型殼的焙燒質(zhì)量。